DE4123336A1

DE4123336A1 - CRYSTAL DRAWING METHOD AND DEVICE FOR CARRYING IT OUT

Info

Publication number: DE4123336A1
Application number: DE4123336A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Drechsel
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-21
Also published as: JPH05221783A; US5292486A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallziehen aus der Schmelze, vorzugsweise ein Verfahren zum Einkri stallziehen, mit einer Kristallziehanlage, die eine Vorrichtung zur Messung der Position der Oberfläche der Schmelze während des Ziehvorgangs, eine Chargiervorrich tung für das Nachchargieren der Schmelze während des Ziehvorgangs, eine Positioniervorrichtung für das Positio nieren des Schmelzentiegels während des Ziehvorgangs aufweist.The invention relates to a method for crystal pulling from the melt, preferably a method for single-crystal stall pulling, with a crystal pulling system, the one Device for measuring the position of the surface of the Melt during the drawing process, a charging device device for recharging the melt during the Pulling process, a positioning device for the position kidneys of the crucible during the drawing process having.

Auf dem Gebiet des Kristallzüchtens ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren bekannt, zum Beispiel Kristallzüchten aus der Gasphase, aus der Lösung, aus der Schmelze. Die verschiedenen Verfahren zum Kristall züchten aus der Schmelze haben wegen ihrer weit entwickelten Verfahrenstechnik und der Produktionsquan tität eine Vorrangstellung gegenüber anderen Züchtungs methoden erreicht.There are many in the field of crystal growing known from different processes, for example Crystal growing from the gas phase, from the solution the melt. The different processes for crystal breed from the melt have because of their far developed process engineering and the production quan priority over other breeding methods achieved.

Beim Kristallzüchten aus der Schmelze werden Tiegelver fahren unterschiedlichster Art angewendet. So existiert das sogenannte Kyropoulus-Verfahren, das durch ein Eintau chen eines gekühlten Keimkristalls in die Schmelze gekenn zeichnet ist. Weiterhin existiert das sogenannte Czochralski-Verfahren, bei dem ein Kristall aus der Schmelze gezogen wird. When growing crystals from the melt, crucibles are used driving various types of applied. So exists the so-called Kyropoulus method, which is caused by thawing a cooled seed crystal into the melt is drawing. The so-called Czochralski process in which a crystal from the Melt is drawn.

Außerdem existiert das Bridgman-Verfahren, das gekenn zeichnet ist durch ein vertikales Senken eines Tiegels im Temperaturgradienten. Schließlich existiert das tiegel freie, vertikale Zonenschmelzen.There is also the Bridgman process, known as is characterized by a vertical lowering of a crucible in the temperature gradient. After all, the crucible exists free, vertical zone melting.

Im Prospekt der Firma Leybold mit der Kennzeichnung 045.9.60.61.045.02 5.02.89 T & D und dem Titel "Crystal Growing" werden die genannten Vorrichtungen und Verfahren zum Kristallziehen aus der Schmelze beschrieben. Dieser Stand der Technik kann als Ausgangsbasis für die vorlie gende Erfindung herangezogen werden. Dies gilt insbeson dere für die Figur auf Seite 9 des Leybold-Prospekts.In the Leybold brochure with the marking 045.9.60.61.045.02 5.02.89 T&D and the title "Crystal Growing "are the devices and methods mentioned described for crystal pulling from the melt. This State of the art can serve as a basis for the present ing invention can be used. This applies in particular for the figure on page 9 of the Leybold prospectus.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin die deutsche Offenlegungsschrift Nr. 39 04 858.The state of the art still includes the German one Publication No. 39 04 858.

Durch diese Offenlegungsschrift ist ein Verfahren zum Regeln eines Schmelzbades, insbesondere eines Schmelzbades zum Züchten von Einkristallen oder von Körpern, bestehend aus mehreren Kristallen bekannt geworden.This laid-open specification is a procedure for Regulating a melt pool, especially a melt pool for growing single crystals or bodies made known from several crystals.

In der Offenlegungsschrift wird vorgeschlagen, daß als Ist-Wert für die Regelung der Höhe und/oder der Konfigura tion der Oberfläche des Bades der Meßwert einer Triangu lierung mit Hilfe mindestens eines Meßlichtstrahls, der von einer Lichtquelle ausgesendet, an der Oberfläche des Schmelzbades reflektiert und durch einen Lichtempfänger aufgenommen wird, benutzt wird.In the published application it is proposed that as Actual value for the regulation of the height and / or the configuration tion of the surface of the bath the measured value of a triangu lation with the help of at least one measuring light beam, the emitted by a light source, reflected on the surface of the weld pool and through a light receiver is used.

In der Praxis wird als sehr nachteilig empfunden, daß in demjenigen Bereich der Innenwand des Tiegels, der der Schmelzenoberfläche benachbart ist, eine Erosion der Innenwand des Tiegels aufgrund chemischer Reaktionen stattfindet.In practice it is found to be very disadvantageous that in that area of the inner wall of the crucible that erosion is adjacent to the melt surface the inner wall of the crucible due to chemical reactions takes place.

Verharrt nun, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, die Schmelzenoberfläche während des Kristallzieh vorgangs stets in derselben Position in Bezug auf die Innenwand des Schmelzentiegels, dann kommt es sehr bald zu einer tiefen, ringnutartigen Erosion der Innenwand des Schmelzentiegels. Dies hat zur Folge, daß beim Stand der Technik die Standzeiten von Schmelzentiegeln erheblich reduziert werden.Now remains, as is the case with the prior art is the melt surface during crystal pulling always in the same position with respect to the Inner wall of the crucible, then it comes very soon to deep, ring-groove erosion of the inner wall of the crucible. This has the consequence that at the stand the service life of crucibles significantly be reduced.

Die vorliegende Erfindung macht sich zur Aufgabe, diesen Nachteil des Standes der Technik zu beheben. Die Stand zeiten der Schmelzentiegel sollen verlängert und damit das gesamte Kristallziehverfahren ökonomischer gestaltet werden.The present invention has as its object this To remedy the disadvantage of the prior art. The stand times of the crucibles are supposed to be extended and thus made the entire crystal pulling process more economical will.

Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, für den Einsatz des Gegenstands der deutschen Offenlegungsschrift 39 04 858, präzise Verfahrensvorschrif ten zur Vermeidung der beschriebenen starken konzen trierten Erosion in der Innenwand des Schmelzentiegels zu liefern. The present invention also has the object the basis for the use of the object of the German Laid-open specification 39 04 858, precise procedural regulation to avoid the strong concessions described erosion in the inner wall of the crucible to deliver.

Zur Aufgabenstellung gehört es auch, der Industrie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das bei herkömmlichen Kristallziehanlagen einsetzbar ist, ohne daß diese baulich verändert werden müssen.The task also includes the industry To provide procedures that are conventional Crystal pulling systems can be used without this being structurally need to be changed.

Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nachchargierung so vorgenommen wird, daß bei konstanter Position der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallziehanlage der Schmelzentiegel in Bezug auf die Kristallziehanlage gehoben und abgesenkt wird.The tasks set according to the invention solved that the re-charging is carried out in such a way that at a constant position of the melt surface in Regarding the melting pot crucible raised and lowered in relation to the crystal pulling system becomes.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß während eines ersten Zeitintervalls die Nachchargiermenge pro Zeiteinheit größer ist als die durchschnittliche Nachchargiermenge pro Zeiteinheit, die notwendig wäre, um den Materialver brauch durch den wachsenden Kristall auszugleichen, daß während eines zweiten Zeitintervalls die Nachchargiermenge pro Zeiteinheit kleiner ist als die durchschnittliche Nachchargiermenge pro Zeiteinheit, die notwendig wäre, um den Materialverbrauch durch den wachsenden Kristall auszugleichen, daß während des ersten Zeitintervalls zur Konstanthaltung der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallziehanlage der Schmelzentiegel abgesenkt wird, daß während des zweiten Zeitintervalls zur Konstant haltung der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallziehanlage der Schmelzentiegel gehoben wird.In particular, it is proposed that during a first Time interval the recharge amount per time unit is larger than the average recharge amount per unit of time that would be necessary to need to compensate by the growing crystal that during a second time interval per unit of time is less than the average Replenishment quantity per unit of time that would be necessary about the material consumption due to the growing crystal to compensate for that during the first time interval to keep the melt surface constant in relation lowered the melting pot to the crystal pulling system becomes that during the second time interval to constant maintenance of the melt surface in relation to the Crystal puller the melting crucible is lifted.

Zur Durchführung der beschriebenen Verfahren wird vorge schlagen, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen wird, der an ihrem Eingang der gemessene Ist-Wert der Position der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallziehanlage als Eingangssignal zugeführt wird, der an ihrem Eingang eine Führungsgröße zugeführt wird, die die Bewegungen des Schmelzentiegels in Bezug auf die Kristallziehanlage definiert.To carry out the methods described is pre suggest that a control device is provided, the measured at its input Actual value of the position of the melt surface in relation fed to the crystal pulling system as an input signal is fed a command variable at its input which is related to the movements of the crucible defined on the crystal pulling system.

Alternativ kann vorgesehen werden, daß der Regelalgorith mus von vornherein in der Regeleinrichtung installiert wird.Alternatively, it can be provided that the control algorithm must be installed in the control system from the outset becomes.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Ohne großen baulichen Aufwand wird im wesentlichen nur durch verfahrenstechnische, beziehungsweise regeltechni sche Maßnahmen, die Standzeit des Schmelzentiegels erheblich verlängert. Dadurch wird ein ökonomisches Kristallziehverfahren erreicht.The following advantages are achieved by the invention: Essentially, without much construction effort through procedural or control technology cal measures, the service life of the crucible significantly extended. This makes it economical Crystal pulling process achieved.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, der Aufgabenstellung und der erzielten Vorteile sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zu entnehmen.Further details of the invention, the task and the advantages achieved are the following description an embodiment of the invention.

Dieses Ausführungsbeispiel wird anhand von fünf Figuren erläutert.This embodiment is illustrated by five figures explained.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtungen zum Kristallziehen nach dem Stand der Technik. Fig. 1 shows a device for crystal pulling according to the prior art.

Fig. 2 zeigt eine Kristallziehanlage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Fig. 2 shows a crystal pulling equipment with which the inventive method can be performed.

Die Fig. 3 zeigt einen Schaltplan für die Kristallzieh anlage nach Fig. 2. FIG. 3 shows a circuit diagram for the crystal puller of FIG. 2.

Die Fig. 4 und 5 zeigen Diagramme, die das erfindungs gemäße Kristallziehverfahren erläutern. Figs. 4 and 5 show diagrams explaining the fiction, contemporary crystal growing process.

Bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbei spiels der Erfindung wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er sich in Form der oben zitierten Schriften darstellt.In the following description of the execution Game of the invention is based on a prior art assumed that he is in the form of the above Represents fonts.

Die Beschreibungen und die Figuren dieser Schriften können zur Erläuterung der Ausgangsbasis für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung herange zogen werden.The descriptions and figures of these writings can to explain the starting point for the following described embodiments of the invention be drawn.

Die Fig. 1 ist dem oben genannten Prospekt, siehe dort Seite 9, entnommen. Mit 1 ist in Fig. 1 die Antriebsvor richtung für den Tiegel bezeichnet. Die Bezugsziffern 2 geben die Austritte für das Inertgas an. Mit 3 ist der Tiegel bezeichnet, die Schmelze trägt die Bezugsziffer 4. 5 ist die Bezugsziffer für den Kristall, der aus der Schmelze gezogen wird. Mit 6 ist der Keimkristall, oder Impfling bezeichnet, der vom Keimkristallhalter 7 gehalten wird. Fig. 1 is the above-mentioned brochure, there see page 9 taken. 1 is shown in FIG. 1, the Antriebsvor direction designated for the crucible. The reference numbers 2 indicate the outlets for the inert gas. The crucible is denoted by 3 , the melt has the reference number 4 . 5 is the reference number for the crystal being pulled from the melt. 6 with the seed crystal, or seedling, which is held by the seed crystal holder 7 .

Mit 8 ist die Kristallantriebsvorrichtung bezeichnet, die die Ziehwelle 18 antreibt.With 8 the crystal drive device is designated, which drives the drawing shaft 18 .

Mit 9 ist der Eintritt für das Inertgas in die Schleusen kammer 10 bezeichnet. 11 bezeichnet das schematisch dargestellte Schleusenventil. With 9 , the entry for the inert gas in the lock chamber 10 is designated. 11 denotes the lock valve shown schematically.

12 ist ein optischer Sensor für die Positionsmessung der Oberfläche der Schmelze 4. Mit 13 ist der Ziehkessel bezeichnet. Der Ofenkessel trägt die Bezugsziffer 14. Mit 15 ist die Heizvorrichtung für die Schmelze 4 bezeichnet. Die Stromzuführung für die Heizvorrichtung trägt die Bezugsziffer 17. Mit 16 ist der Bodenkessel bezeichnet. 12 is an optical sensor for measuring the position of the surface of the melt 4 . With 13 the drawing boiler is designated. The furnace boiler has the reference number 14 . With 15 the heater for the melt 4 is designated. The power supply for the heating device bears the reference number 17 . With 16 the bottom boiler is designated.

Weitere konstruktive Details zu Vorrichtungen zum Kristallziehen und verfahrenstechnische Details können außer dem genannten Prospekt auch der umfangreichen wissenschaftlichen Literatur und der Patentliteratur entnommen werden. Rein beispielhaft sei auf die deutsche Offenlegungsschrift 39 04 858 hingewiesen.Further constructive details on devices for Crystal pulling and procedural details can in addition to the mentioned brochure also the extensive scientific literature and patent literature be removed. The German example is purely exemplary Laid-open publication 39 04 858.

Im wesentlichen läuft das Kristallziehverfahren nach Fig. 1 wie folgt ab:The crystal pulling process according to FIG. 1 essentially proceeds as follows:

Das Ausgangsmaterial schmilzt im Tiegel 3. Der Keimkri stall 6 taucht in die Schmelze 4 und wird von ihr benetzt, das heißt angeschmolzen. Anschließend wird der Keimkri stall nach oben aus der Schmelze gezogen. Es bildet sich der Kristall. An der Ziehwelle 18 befindet sich der Keim kristallhalter 7, der den Keimkristall zieht und gleich zeitig in rotierende Bewegung versetzt. Auch der Tiegel rotiert. Kristall und Tiegel drehen sich gegenläufig. In Fig. 1 ist mit dem Pfeil 19 die Drehung des Kristalls bezeichnet. Der Pfeil 20 bezeichnet die Drehung des Tiegels. Während des Ziehvorgangs wird der Tiegel angeho ben. Dies wird durch den Pfeil 21 dargestellt. The starting material melts in the crucible 3 . The Keimkri stall 6 dips into the melt 4 and is wetted by it, that is, melted. The germ crystal is then pulled up out of the melt. The crystal forms. On the pulling shaft 18 there is the seed crystal holder 7 , which pulls the seed crystal and at the same time sets it in rotating motion. The crucible also rotates. The crystal and crucible rotate in opposite directions. In Fig. 1, the arrow 19 denotes the rotation of the crystal. The arrow 20 indicates the rotation of the crucible. The crucible is raised during the drawing process. This is shown by arrow 21 .

Außerdem wird während des Ziehvorgangs die rotierende Ziehwelle 18 nach oben gezogen. Dieser Vorgang wird durch den Pfeil 22 dargestellt.In addition, the rotating drawing shaft 18 is pulled up during the drawing process. This process is represented by arrow 22 .

Fig. 2 zeigt die Kristallziehanlage nach Fig. 1, jedoch mit einer Meßeinrichtung für die Position der Oberfläche der Schmelze, mit einer Chargiervorrichtung für das Nachchargieren der Schmelze und mit einer Positioniervor richtung für das Positionieren des Schmelztiegels während des Ziehvorgangs. Fig. 2 shows the crystal pulling system according to Fig. 1, but with a measuring device for the position of the surface of the melt, with a charging device for recharging the melt and with a Positioniervor device for positioning the crucible during the drawing process.

Identische Komponente der Gegenstände der Fig. 1 und 2 sind mit denselben Bezugsziffern versehen.Identical components of the objects of FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.

In Fig. 2 ist mit 23 eine Lichtquelle bezeichnet, die einen Meßlichtstrahl 24 aussendet. Dieser Meßlichtstrahl wird an der Schmelzenoberfläche 25 reflektiert. Der reflektierte Teil des Meßlichtstrahls trägt die Bezugs ziffer 26. 51 ist ein Lichtempfänger. 51 und 23 sind also Komponenten der Messeinrichtung für die Position der Schmelzenoberfläche. Die Chargiervorrichtung ist mit 27 bezeichnet. Die Positioniervorrichtung trägt die Bezugsziffer 28.In Fig. 2, 23 denotes a light source which emits a measuring light beam 24 . This measuring light beam is reflected on the melt surface 25 . The reflected part of the measuring light beam bears the reference number 26 . 51 is a light receiver. 51 and 23 are therefore components of the measuring device for the position of the melt surface. The charging device is designated 27 . The positioning device bears the reference number 28 .

Der Chargiervorrichtung wird gemäß dem Pfeil 29 Chargier gut zugeführt. Entsprechend einer als Ausgangssignal von einer Regeleinrichtung, siehe Beschreibung der Fig. 3 bis 5, zur Verfügung gestellten Stellgröße wird eine genau dosierte Nachchargierung durch die Chargiervorrich tung vorgenommen. Das dosierte Chargiergut gelangt über das Rohr 30 in die Schmelze 4. The charging device is fed well according to the arrow 29 charging. According to an output signal provided by a control device, see description of FIGS. 3 to 5, a manipulated variable is made available, a precisely metered refilling by the charging device. The metered batch material passes into the melt 4 via the pipe 30 .

Die Positioniervorrichtung 28 arbeitet ebenfalls nach der Maßgabe einer Stellgröße, die von der Regeleinrich tung zur Verfügung gestellt wird. Mit der Positionierein richtung wird die Position des Tiegels variiert. Dies wird durch den Doppelpfeil 31 dargestellt.The positioning device 28 also works in accordance with a manipulated variable, which is provided by the control device. The position of the crucible is varied with the positioning device. This is represented by the double arrow 31 .

Entsprechend der Aufgabenstellung, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, werden an das erfindungsgemäße Kristallziehverfahren und an die erfindungsgemäße Kristallziehanlage zwei wesentliche Forderungen gestellt:According to the task, that of the present Invention is based on the invention Crystal pulling process and to the invention Crystal pulling plant made two essential demands:

Erste Forderung: Entsprechend der Materialentnahme aus der Schmelze durch den wachsenden Kristall 5 muß neues Schmelzgut in die Schmelze nachchargiert werden, damit die Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallzieh anlage ihre festgelegte Position beibehält oder nahezu beibehält.First requirement: In accordance with the removal of material from the melt by the growing crystal 5 , new melt material has to be recharged into the melt so that the melt surface with respect to the crystal pulling system maintains or almost maintains its defined position.

Zweite Forderung: Der Schmelzentiegel, das heißt seine Innenwand soll in Bezug auf die unveränderbare Position der Schmelzenoberfläche eine Auf- und Abbewegung machen, so daß die Innenwand des Schmelzentiegels über eine gewünschte Bandbreite oder Erosionsbreite, siehe Bezugs ziffer 32 der Fig. 2, verhältnismäßig leicht erodiert wird und nicht wie beim Stand der Technik in einem engen Bereich konzentriert erodiert wird. Der Hub des Schmel zentiegels ist in Fig. 2 mit 33 bezeichnet. Das Maß der Bandbreite 32 entspricht dem Maß des Hubs 33. In Fig. 2 ist der Schmelzentiegel in seiner mittleren Position dargestellt. Second requirement: The crucible, that is, its inner wall should make an up and down movement with respect to the unchangeable position of the melt surface, so that the inner wall of the crucible is relatively light over a desired bandwidth or erosion width, see reference number 32 of FIG. 2 is eroded and not, as in the prior art, concentrated eroding in a narrow area. The stroke of the Schmel zentiegels is designated in Fig. 2 at 33. The dimension of the bandwidth 32 corresponds to the dimension of the stroke 33 . In Fig. 2 the crucible is shown in its middle position.

Die gestellten Forderungen werden durch zwei Schritte erfüllt:The demands made are two steps Fulfills:

First step:

Während eines ersten Zeitintervalls, siehe Abschnitt 34 auf der Zeitachse (Abzisse) 35 des Diagramms nach Fig. 4, ist die Nachchargiermenge pro Zeiteinheit größer als die durchschnittliche Nachchargiermenge pro Zeitein heit, die benötigt wird, um den Materialverbrauch des wachsenden Kristalls auszugleichen.During a first time interval, see section 34 on the time axis (abscissa) 35 of the diagram according to FIG. 4, the recharging quantity per unit of time is greater than the average recharging quantity per unit of time required to compensate for the material consumption of the growing crystal.

In Fig. 4 ist auf der Ordinate 36 die Nachchargiermenge pro Zeiteinheit eingetragen. Die Strecke 37 bezeichnet das stärkere Nachchargieren über den Zeitintervall 34.In FIG. 4, the recharge amount per unit of time is entered on the ordinate 36 . The route 37 denotes the stronger recharging over the time interval 34 .

Mit der gestrichelten Geraden 38 beziehungsweise dem Punkt 39 auf der Ordinate ist die durchschnittliche Chargiermenge pro Zeiteinheit dargestellt, die benötigt wird, um den Materialverbrauch des wachsenden Kristalls auszugleichen.The dashed straight line 38 or the point 39 on the ordinate shows the average charging quantity per unit of time that is required to compensate for the material consumption of the growing crystal.

Während des ersten Zeitintervalls wird gleichzeitig zur Konstanthaltung der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristallziehanlage der Schmelzentiegel abgesenkt. Dies ist in Fig. 5 durch die Strecke 40 dargestellt.During the first time interval, the crucible is lowered at the same time to keep the melt surface constant with respect to the crystal pulling system. This is shown in FIG. 5 by the line 40 .

In Fig. 5 ist die Abzisse 41 wiederum die Zeitachse. Auf der Ordinate 42 ist die Position des Schmelzentiegels in Bezug auf die Kristallziehanlage eingetragen. Die gestrichelte Gerade 43 beziehungsweise der Punkt 44 stellt die mittlere Position des Schmelzentiegels in Bezug auf Kristallziehanlage dar. Der erste Zeitinter vall ist auf der Abzisse der Fig. 5 ebenfalls mit 34 bezeichnet.In FIG. 5, the abscissa 41 in turn is the time axis. The position of the crucible in relation to the crystal pulling system is entered on the ordinate 42 . The dashed straight line 43 or the point 44 represents the middle position of the crucible in relation to the crystal pulling system. The first time interval is also denoted by 34 on the abscissa in FIG. 5.

Second step:

Während eines zweiten Zeitintervalls, siehe die Strecken 45 auf den Abzissen der Fig. 4 und 5, ist die Nachchar giermenge pro Zeiteinheit kleiner als die durchschnitt liche Nachchargiermenge 38, 39 pro Zeiteinheit, die benötigt wird, um den Materialverbrauch des wachsenden Kristalls auszugleichen. Diese geringere Nachchargiermenge pro Zeiteinheit wird in Fig. 4 durch die Strecke 46 dargestellt.During a second time interval, see lines 45 on the abscissas of FIGS . 4 and 5, the replenishment amount per unit time is smaller than the average replenishment amount 38 , 39 per unit time required to compensate for the material consumption of the growing crystal. This lower recharging quantity per unit of time is represented in FIG. 4 by the line 46 .

Während des zweiten Zeitintervalls 45 wird zur Konstant haltung der Schmelzenoberfläche in Bezug auf die Kristall ziehanlage der Schmelzentiegel gehoben. Dies ist durch die Strecke 47 der Fig. 5 dargestellt.During the second time interval 45 , the crucible is lifted to keep the melt surface constant with respect to the crystal pulling system. This is represented by the route 47 in FIG. 5.

Anschließend erfolgt wiederum der erste Schritt, dann der zweite Schritt und so weiter.Then the first step takes place again, then the second step and so on.

Fig. 3 zeigt eine Kristallziehanlage mit Schaltschema für die Durchführung des erfindungsgemäßen Kristallzieh verfahrens. Fig. 3 shows a crystal pulling system with a circuit diagram for the implementation of the crystal pulling method according to the invention.

Mit 48 ist in ihrer Gesamtheit eine Regeleinrichtung bezeichnet. An ihrem Eingang 49 wird der Ist-Wert der Messung der Position der Schmelze über eine Signalleitung 50 angeliefert. Die Messeinrichtung besteht aus den Komponenten 27, 51, 52. A control device is designated in its entirety by 48 . The actual value of the measurement of the position of the melt is delivered to its input 49 via a signal line 50 . The measuring device consists of components 27 , 51 , 52 .

Außerdem wird an ihrem Eingang eine Führungsgröße in Form eines Regelalgorithmus angeliefert. Mit 53 ist eine Speichereinheit für die Führungsgröße bezeichnet. Die Speichereinheit 53 kann auch in der Regeleinrichtung 48 integriert sein, so daß die Einheit 53 und die Signal leitung 58 entfallen können.In addition, a command variable in the form of a control algorithm is delivered to its input. 53 designates a storage unit for the command variable. The memory unit 53 can also be integrated in the control device 48 , so that the unit 53 and the signal line 58 can be omitted.

Der Regelalgorithmus kann je nach den vom Anwender der Kristallziehanlage gewünschten Verfahrensparameter geändert werden. Der Regelalgorithmus bestimmt die Breite des Erosionsbands. In Fig. 5 ist diese Breite mit der Strecke 54 auf der Ordinate beschrieben. In Fig. 2 trägt die Erosionsbreite die Bezugsziffer 32.The control algorithm can be changed depending on the process parameters desired by the user of the crystal pulling system. The control algorithm determines the width of the erosion band. This width is described in FIG. 5 with the distance 54 on the ordinate. In FIG. 2, the discharge width by the reference numeral 32.

Die Regeleinrichtung verarbeitet aufgrund des Regelalgo rithmus die angelieferten Werte für die Position der Schmelzenoberfläche zu zwei Signalen am Ausgang 55 der Regeleinrichtung. Diese beiden Ausgangssignale sind einmal die Stellgröße für die Positioniervorrichtung 28 des Schmelzentiegels und zum anderen die Stellgröße für die Chargiervorrichtung 27. Die Stellgröße für die Positio niervorrichtung wird über die Signalleitung 56, und die für die Chargiervorrichtung über die Signalleitung 57 übertragen.On the basis of the control algorithm, the control device processes the supplied values for the position of the melt surface into two signals at the output 55 of the control device. These two output signals are the manipulated variable for the positioning device 28 of the crucible and the manipulated variable for the charging device 27 . The manipulated variable for the positioning device is transmitted via the signal line 56 , and that for the charging device via the signal line 57 .

Liste der EinzelteileList of items

1 Antriebsvorrichtung für den Tiegel
2 Austritte für Inertgas
3 Tiegel
4 Schmelze
5 Kristall
6 Keimkristall
7 Keimkristallhalter
8 Kristallantriebsvorrichtung
9 Eintritt für Inertgas
10 Schleusenkammer
11 Schleusenventil
12 optischer Sensor
13 Ziehkessel
14 Ofenkessel
15 Heizvorrichtung
16 Bodenkessel
17 Stromzuführung
18 Ziehwelle
19 Pfeil
20 Pfeil
21 Pfeil
22 Pfeil
23 Lichtquelle, Komponente
24 Meßlichtstrahl
25 Schmelzenoberfläche
26 Meßlichtstrahl
27 Chargiervorrichtung
28 Positioniervorrichtung
29 Pfeil
30 Rohr
31 Doppelpfeil
32 Bandbreite, Erosionsbreite
33 Hub
34 Abschnitt
35 Zeitachse, Abszisse
36 Ordinate
37 Strecke
38 Gerade
39 Punkt
40 Strecke
41 Abszisse, Zeitachse
42 Ordinate
43 Gerade
44 Punkt
45 Strecke
46 Strecke
47 Strecke
48 Regeleinrichtung
49 Eingang
50 Signalleitung
51 Lichtempfänger, Komponente
52 Komponente
53 Speicher
54 Erosionsbreite
55 Ausgang
56 Signalleitung
57 Signalleitung
58 Signalleitung 1 drive device for the crucible
2 outlets for inert gas
3 crucibles
4 melt
5 crystal
6 seed crystal
7 seed crystal holder
8 crystal driving device
9 Entry for inert gas
10 lock chamber
11 lock valve
12 optical sensor
13 drawing boiler
14 kiln boilers
15 heater
16 floor cauldrons
17 power supply
18 drawing shaft
19 arrow
20 arrow
21 arrow
22 arrow
23 light source, component
24 measuring light beam
25 melt surface
26 measuring light beam
27 Charging device
28 positioning device
29 arrow
30 tube
31 double arrow
32 range, erosion range
33 stroke
34 section
35 Timeline, abscissa
36 ordinate
37 route
38 straight
39 point
40 route
41 abscissa, timeline
42 ordinate
43 Straight
44 point
45 route
46 route
47 route
48 control device
49 entrance
50 signal line
51 light receiver, component
52 component
53 memories
54 erosion range
55 exit
56 signal line
57 signal line
58 signal line

Claims

1. A method for crystal pulling from the melt, preferably a method for single crystal pulling, with a crystal pulling system which has a device for measuring the position of the surface of the melt during the pulling process, a charging device for re-charging the melt during the pulling process, a positioning device for the positioning of the crucible during the pulling process, characterized in that the recharging is carried out in such a way that with a constant position of the melt surface with respect to the crystal pulling system, the crucible is raised and lowered with respect to the crystal pulling system.

2. The method according to claim 1, characterized in that during a first time interval ( 34 ) the Nachchar yawing quantity ( 37 ) per unit of time is greater than the average Nachchargiermenge ( 38 , 39 ) per Zeitein unit that would be necessary to reduce the material consumption by the to compensate for the growing crystal ( 5 ), that during a second time interval ( 45 ) the recharging quantity ( 46 ) per unit time is smaller than the average recharging quantity ( 38 , 39 ) per unit time that would be necessary to reduce the material consumption by the growing crystal ( 5 ) offset that is lowered during the first time interval (34) surface for keeping constant the melting shell (25) with respect to the crystal pulling system of the melting crucible (3), that during the second time interval (45) for keeping constant the melt surface (25) with respect to the Crystal pulling plant the crucible ( 3 ) is raised.

3. Device for performing the method according to claim 1 and / or 2, characterized in that a control device ( 48 ) is provided, which at its input ( 49 ) the measured actual value of the position of the melt surface ( 25 ) in relation to the Crystal pulling system is supplied as an input signal, which is fed at its input ( 49 ) a reference variable in the form of a Regelalgo rithmus, which defines the movements of the crucible ( 3 ) in relation to the crystal pulling system.

4. The device according to claim 3, characterized in that the command variable, or the control algorithm installed in the control device.